有源功率平衡裝置在低壓配網系統的應用

李顯旺

摘 要：隨著國民經濟的快速發展，電力配網系統的電能質量問題越發突出。電力配網多為單相負荷，運行時間上的差異性以及負荷分布不均勻均會導致三相功率不平衡；有源功率平衡裝置，采用先進的控制策略，在低壓配電臺區應用，能夠有效改善電力配網存在的三相不平衡問題。該裝置不僅使不平衡度降低明顯，同時可消除零線電流，具有良好的技術效應和經濟效應。

關鍵詞：三相不平衡；不平衡度；電力配網；有源功率平衡裝置

1 概述

隨著經濟的快速發展，電能質量問題越來越突出，在低壓三相三線或者三相四線供配電網，存在著嚴重的電能質量問題：三相功率不平衡、無功問題，這些電能質量問題已經嚴重影響了電力配網系統供電的可靠性以及用電安全。低壓配電網存在的三相功率不平衡問題，將導致變壓器出力不足，線損增大，變壓器損耗增大，甚至變壓器燒毀；無功問題導致無功消耗大，功率因數低，線損率高；有源功率平衡裝置針對電力配網系統電能質量問題進行治理，實現三相功率平衡，對于三相四線制配電系統，實現三相功率平衡的同時，消除零線電流，補償無功，提高功率因數，降低線路損耗。

一直以來，配電網中解決三相不平衡問題主要依靠人為經驗。工作人員通過觀測臺區變壓器出線端三相電流大小來判斷不平衡電流，然而中性線電流往往被忽視，造成較大的電能損失。隨著國家對節能的要求以及人民群眾對用電可靠性的要求不斷提高，需要對電力配網中存在的三相功率不平衡問題進行更加深入的分析，同時采用先進的技術手段，盡可能減少人為參與因素，解決三相功率不平衡問題。

2 理論分析和仿真

由于配電網中功率的不平衡是由負載電流中的負序分量和零序分量疊加在正序分量上造成的。為了使功率平衡，就要把這些不平衡分量從總電流中提取出來。首先利用對稱分量法，將測量的三相負載電流由相分量變換為序分量，得到需要補償的負序分量電流和零序分量電流的值。

有源功率平衡裝置，采用先進的電力電子技術，通過智能化控制方式，自動平衡三相功率（包括平衡有功功率及無功功率），同時消除中性線的基波電流以及零序諧波電流，從而解決電力配網的三相不平衡問題，無功消耗大功率因數低問題，同時實現降低線路損耗、提高輸電能力、提高電網的可靠性。在實施上，主要是通過在臺區變壓器低壓配電網配電線路上安裝有源功率平衡裝置，優化配電網絡三相功率平衡、補償無功，提高功率因數，消除零線電流，起到降低線路損耗以及提高配電網絡可靠性的目標。

3 補償無功和不平衡

補償負載無功電流時的等效電路圖如圖1所示。圖中下標p和q分別表示有功分量與無功分量。

通過仿真驗證補償無功以及三相電流不平衡補償：

負荷使用單相電阻負荷，0.1s負荷開始運行，0.2s有源功率平衡裝置開始工作，

0.2～0.3s補償負序電流，0.3s開始負序、零序全補償。

通過以上仿真，在投入有源功率平衡裝置之前，負載三相電流不平衡，三相電流相位不再呈現互差120°，而且N線電流大，有源功率平衡裝置投入運行以后，三相電流平衡，而且三相電流相位互差120°，消除了N線電流，有效實現了電力配網三相不平衡問題。

4 應用案例

某供電公司低壓配電臺區，臺區距變電站10KV線路長度為2.2km，10KV主干線路型號為LGJ-35。該臺區配變容量為200kVA，供電用戶總數188戶，低壓供電半徑800m，低壓主干線纜型號為LGJ35-50。2013年度，臺區最大負荷時刻電流值分別為111A（A相）、150A（B相）、221A（C相）、91A（零相），存在嚴重的三相電流不平衡現象、較大N線電流，無功消耗導致功率因數為0.7～0.8。為解決該臺區電能質量問題，以往需要每半個月去臺區測試并調配三相負荷，但由于農村居民用電存在著較大的不確定性，通過調配負荷的方式難以解決三相不平衡問題，另外電力配網N線電流（零序電流，導致N線電流增大，增加線損，給電力配網帶來了安全風險）目前還缺乏相應的解決措施。

為徹底解決該臺區的三相電流不平衡、無功以及N線電流問題，本次安裝了WSPB-50/0.4有源功率平衡裝置，該裝置安裝于臺區低壓配電柜旁電桿上，并聯接入配電線路。

設備投運前后的數據對比如表1所示。

5 結論

通過仿真分析以及實際應用案例，應用有功功率平衡裝置，對于配網電能質量問題治理效果良好，三相不平衡度由60.6%降低到1.90%，功率因數由0.8185提高到0.953，治理效果明顯取得了良好的社會效益和經濟效益。